基於手機平臺的開放式食品安全檢測系統的製作方法

2023-10-24 19:12:52 2

基於手機平臺的開放式食品安全檢測系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於手機平臺的開放式食品安全檢測系統，它的組成：待測食品0，食品安全檢測信息採集裝置1，藍牙通信2(或USB接口)，手機3，GPRS通信4，Internet5，食品安全檢測資料庫6與圖像雲計算7等組成。食品安全檢測採集裝置分別採集一維的信息由手機中安裝的模糊迭代自組織數據分析程序直接得出檢測結果，圖像信息通過手機操作食品安全檢測中心資料庫的主機，應用圖像雲計算得出檢測結果。本發明系統結構簡單實用，操作方便，能形成真正意義上的食品安全社會化網絡。
【專利說明】基於手機平臺的開放式食品安全檢測系統
【技術領域】
[0001]本發明設計是一個大的食品安全檢測系統，它是一個開放的大系統，應用手機這一普通的工具作為核心的承載工具，形成社會網絡化的食品安全檢測。
【背景技術】
[0002]食品安全關係到人類的身體健康甚至生命安全，食品安全問題日益受到社會和政府的高度重視。但是食品安全涉及農業、畜牧業和工業生產等多個領域的複雜性、綜合性問題，它不僅需要有效的制度和嚴格的管理，還需要有效、先進的現代技術支持。
[0003]目前公開的食品檢測系統都是應用RFID技術，加上無線傳感器網絡技術實現對食品生產中的工業或工業中的某個具體環節進行檢測與監測。
[0004]食品檢測車是食品監督部門專用的，各個機關、企業、學校的食堂也配備了相應的食品安全檢測儀器，但沒有形成一個食品安全檢測系統與網絡。況且這些操作都是由專職員進行操作，且檢測範圍小、成本高，沒有形成全民參與的食品安全檢測態勢，也給食品安全檢測帶來不可忽視的問題。

【發明內容】

[0005]本發明公開了基於手機平臺的開放式食品安全檢測系統。本發明的目的鑑於食品安全形勢的現狀及其重要性，克服現有食品安全檢測不足。充分應用手機平臺優勢，將GPRS與Internet，結合起來，並應用雲計算模式下圖像檢索系統，為實現食品安全社會化監督提供技術支持。
[0006]為了實現上述目的，本發明提供了基於手機平臺的開放式食品安全檢測系統，本發明系統組成如附圖1，待檢測食品0，食品安全檢測信息採集裝置1、藍牙通信(或USB接口)2、手機3、GPRS通信4與Internet5，、食品安全檢測資料庫6、圖像雲計算方法7等。
[0007]對本發明的進一步改進在於:
[0008]1.食品安全檢測信息採集裝置如附圖2，它的組成:組合式傳感器8 (含電阻率傳感器、超聲波傳感器、近紅外光傳感器、微螢光傳感器)、信號調理電路9、A/D轉換電路10、藍牙通信模塊(或USB接口)11。
[0009]2.在手機4安裝部分食品安全檢測軟體，考慮手機的承受能力，本發明開發的軟體僅處理超聲波傳感器與電阻傳感器採集的數據，採用模糊迭代自組織數據分析的算法進行處理，能夠在現場進行檢測，手機將檢測結果自動發送到食品安全檢測資料庫中。
[0010]3.將近紅外圖像傳感器與微螢光圖像傳感器的採集的圖像經手機4發送至食品安全檢測資料庫7，由圖像雲計算進行識別計算，同時資料庫自動記錄發送食品安全檢測信息，建立相應檢測檔案。
[0011]本發明基於手機平臺的開放式食品安全檢測系統有如下優勢:
[0012]1.食品安全遠程檢測的實現可以藉助於許多設備，有各種各樣的形式。之所以選擇基於手機平臺，原因就在於手機現已在全世界的到廣泛應用，並且只需較少的花費就能夠完成信息傳輸和數據處理任務。
[0013]2.手機方便、靈活、易於為大眾使用，選擇手機來實現高效率、低成本的食品安全檢測是個不錯的選擇，且易於形成社會化的食品安全監督網絡，使食品安全法切實落到實處。
[0014]3.開發手機的食品安全檢測功能是極其重要的應用領域，將基於手機的食品安全檢測設備與服務推向市場具有重大的現實意義與應用前景。
[0015]4.這一系統是一個開放性的系統,隨著光電磁生物傳感技術,微機械系統(MEMS)技術的發展，以及手機本身的技術進步，這一系統的應用將更為廣泛，在食品安全檢測時的實用性、可靠性都會不斷提高。
[0016]5.食品安全檢測裝置與手機實現短距離無線通信，具有USB接口備用，使得系統實用性好、可靠性高。
[0017]6.本發明實施的食品安全檢測都是物理檢測方法，不需要任何化學試劑，符合減少排放、保護環境的要求。
[0018]特別需要說明一點的，在食品安全信息採集裝置中預留一定數量的插槽，隨著生物圖像傳感器及其圖像處理技術的發展，食品安全檢測的參數越來越多，準確度越來越高，這也是本發明開放式的客觀要求。與此同時也可以將一些光、聲、電磁等傳感器內置於手機內。制定相應的手機平臺食品安全檢測標準，使資源的可重複利用率提高、功能易於擴展，降低開發與維護費用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1.基於手機平臺的開發式食品安全檢測系統組成圖
[0020]圖2.食品安全信息採集裝置組成圖
[0021]圖3.雲計算模式下食品安全檢測圖像檢索系統結構圖
[0022]圖4.高速信號調理電路框圖
[0023]圖5.圖像信號處理系統框圖
[0024]圖中:待檢測食品0，食品安全監測信息檢測裝置1，藍牙通信2，手機3，GPRS4，Internet5,食品安全監測中心資料庫6,雲計算方法7,組合傳感器(近紅外CMOS傳感器；微螢光傳感器；超聲波傳感器；電阻傳感器)8，信號調理電路9，A/D電路10，藍牙通信模塊11，電源12，防火牆13，用戶系統終端和應用程式14
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖對本發明基於手機平臺的開放式食品安全檢測系統進行詳細說明。
[0026]1.食品安全檢測信息採集裝置2的傳感器選擇如下:
[0027]電阻率傳感器，產品型號:SC21D110，產品廠商:美國AquaSensors。為在最嚴苛的工業應用中連續使用而設計的雙電極電導率傳感器。鈦電極(0.1，1.0和5.0Cell)，提供CPVC(傳感器材料)用於低成本應用，測量系統性能(環境:20英尺電纜，25攝氏度)。範圍:0.1 Cell:0-18.2ΜΩ/cm、1.0 Cell:0-5000 μ S/cm、5.0 Cell:0-10000 μ S/cm ;角解析度:4.5有效數字；精確度:0.1 % (讀取)；階躍響應時間:90% 30秒；溫度範圍-5至75攝氏度；最大壓力150psig@75攝氏度；最大流速10ft/S ;符合重工業使用的CE標準要求。[0028]2)超聲傳感器，產品型號FUS-40E，產品品牌FUJICERA，構造開放式，收發兩用，額 定頻率40kHz，收發靈敏度-43dB以上(30cm)，最大輸入電壓100V(Pulse V p. p.)，解析度 9_，使用溫度25?70°C。
[0029]3)近紅外光學傳感器，E2V公司EV76C454，Jade系列，CMOS成像傳感器。高QE， 低光CMOS傳感器；解析度為860*640像素，像素尺寸為5. 8*5. 8微米；圖像尺寸為1/2. 9 英寸；最大刷新率為60ifull format,80iVGA format ;位深為8bit ;動態範圍為52dB(線 性），100dB(HDR模式）；最大信噪比為大於40dB ;電源電壓為3. 3V和1. 8V ;工作時工號為 80mff,待機時功耗為40 ii W ;封裝為U CLCC48 10 X 10_。
[0030]4)微螢光傳感器，品牌：精譜徠，型號：G1UC01C。具有低噪聲，高動態範 圍、高清晰度、高質量的圖像。部分製冷CCD噪聲極低，適合微弱光和螢光等的拍 攝。適合於對檢測速度相對較低且對靈敏度和信噪比要求均比較高的領域。具體參 數：像素尺寸4.6iimX4.6iim;解析度為1360X 1024 ;掃描方式為逐行掃描；幀率為 7. 5fpsil360 X 1024 ;曝光時間10 y s_60s ；信噪比43dB ;快門為電子快門；光譜響應 400nm ?lOOOnm ;數據接口 USB2. 0，480Mb/s ;電源 DC 5V±5% ;電流?200mA ;白平衡為一 鍵白平衡；工作溫度0°C?60°C ;工作溼度45?85%。
[0031]2.信號調理電路9與AD轉換電路10，為了減小食品安全檢測信息採集裝置，提高 此可靠性，本發明有以下方案：
[0032]1)在電阻率傳感器與超聲傳感器方面，提出一種基於FPGA數據採集系統高精度 信號調理電路的設計，信號調理電路的核心是衰減和放大電路，需要確定衰減和放大的倍 數。數據採集系統採集系統的ADC選用量程為-1?+1V的12位模數轉換晶片AD9238。電路 的技術指標：放大電路頻率為0?100kHz ;量程為±lmV?±20V ;輸出信號範圍為± IV ； 輸入電阻為1MQ，輸出電阻為50Q ;零點誤差≤10mV ;增益誤差< 0. 1%。信號調理放大和 衰減各選擇4種倍數，組合後有14種可程控的倍數，即可將量程分為14檔，附圖4為電路 結構圖。
[0033]2)在近紅外光學傳感器與微螢光傳感器方面，提出一種基於FPGA的設計方法，通 過硬體電路軟體化的設計方式，在一片FPGA上完成圖像的採集、處理及顯示等功能。與傳 統的設計方法相比較，不僅具有開發周期短、設計效率高、擴展性和升級性良好、設計靈活 等FPGA器件的開發特點，而且由於採用硬體電路實現，因此在圖像數據處理的速度上具有 明顯優勢。系統的設計方案本系統是一個基於FPGA的數字圖像處理顯示電路，可以實現圖 像的灰階變換、邊緣檢測及圖像的壓縮等功能。系統框圖如附圖5所示，FPGA中包含了以 下5個功能模塊電路的開發設計。
[0034]3.手機與雲計算作用的描述
[0035]手機檢測不只是簡單地從傳感器收集數據，而是要進行數據處理，在手機內裝入 模糊迭代自組織數據分析程序，即可在用戶端進行分析並給出較為完善的檢測結果，例如， 檢測。
[0036]但是對於圖像傳感器採集的信息，手機是無法完成這一複雜分析，一方面手機並 沒有計算機功能強大，且手機所連接的傳感器可能無法具備足夠的精度，畢竟它們在構成 結合系統時已經被儘量簡化了。因此，應用正在興起的雲計算工具對採集的圖像進行在線 分析。[0037]雲計算是計算機與網絡的較佳融合，手機通過GPRS4連接至Internet5，從遠程登錄到食品安全檢測資料庫計算機的桌面上，在瀏覽器中輸入被控制主機的IP位址和埠，並在登錄入口處輸入計算機的用戶名和密碼，第一次使用也可以註冊並藉助手機對該計算機進行操作，就像置身於該計算機前一樣。因為肉(魚)類食品安全檢測中，圖像的使用，使得人們可以直觀地得到肉(魚)類食品內的各種信息，從而能進行準確地檢測，平面圖像，不僅不夠直觀，而且不同人的觀察易得出不同的結論，三維圖像可以給人們提供具體的檢測信息，通過手機對肉(魚)類食品安全圖像資源的訪問，顯示、存取、編輯乃至複雜處理，且通過手機瀏覽二維圖像，清晰地顯示三維圖像，這類問題就是通過雲計算的方法來實現的。
[0038]5.系統工作過程的描述
[0039]檢測蔬菜(水果)表面的殘存農藥、重金屬啟動食品安全檢測信息採集裝置中的超聲波傳感器；檢測家禽豬牛羊魚等肉類產品的新鮮度啟動食品安全檢測信息採集裝置中的電阻率傳感器。將採集的一維信息經信號調理電路9與AD轉換電路10由藍牙通信模塊(USB接口)，傳送至手機中，由手機中安裝的模糊通過模糊迭代自組織數據分析程序進行實時處理，可以當場顯示檢測結果。
[0040]檢測豆製品、乾貨與糧食等食品時，啟動食品安全檢測信息採集裝置中的近紅外光學傳感器；檢測家禽豬牛羊魚等肉類產品的內部組織情況時，啟動食品安全檢測信息採集裝置中的微螢光傳感器。將採集的圖像信息經信號調理電路9與AD轉換電路10由藍牙通信模塊(USB接口)，傳送至手機中，手機通過GPRS4連接至Internet5，從遠程登錄到食品安全檢測資料庫計算機的桌面上，在瀏覽器中輸入被控制主機的IP位址和埠，並在登錄入口處輸入計算機的用戶名和密碼，第一次使用業可以註冊並藉助手機對該計算機進行操作，就像置身於該計算機 前一樣。可以很快得出檢測結果。同時資料庫自動記錄發送食品安全檢測信息，建立相應檢測檔案。
[0041 ] 其中，模糊迭代自組織數據分析算法和雲計算模式下的圖像檢索描述如下:
[0042]I模糊迭代自組織數據分析算法
[0043]1.1模糊分類
[0044]J.C.Bezdek利用模糊集合的概念提出了模糊分類(也叫軟劃分)問題，認為被分類對象集合X中的樣本Xi,以一定的程度隸屬於某一類，也就是說，所有的樣本都分別發自不同的隸屬於某一類。因此，每一類就認為是樣本集合X的一個模糊子集，於是每一種這一類分類結果所對應的分類矩陣，就是一個模糊矩陣
[0045]R= (Yij)cxn
[0046]式中-Yij e [O, I] ^UYij = 1> Oo
[0047]設Mfe為所有滿足以上條件的模糊矩陣R的集合，即
[0048]Mfe = Re Vcxft YiJ e [O, I], vi, U= vjj ^yii >O , Vi
Ii=li=lJ
[0049]稱Mfe成樣本集X被分成C類的模糊分類空間。
[0050]在聚類分析中，如果能根據η個樣本的特性指標矩陣尋找出在一定條件下最佳的模糊分類矩陣R，則與R對應的模糊人類，就是樣本集X在該條件下最佳的模糊分類。
[0051 ] 1.2模糊IS0DATA聚類分析方法[0052]設被分類對象集合為
[0053]X = (X1, X2,…，xn}
[0054]其中每一個樣本Xi均有m個特性指標，即Xi = (xn, xi2,…，Xim)。特性指標矩陣為
[0055](Xij)nxm
[0056]要將樣本集X分成C類(2 < C < η)，設C個聚類中心向量為
[0057]V = (Vij)cxn
[0058]為了獲得一個最佳的模糊分類，可以按照下列聚類準則，從模糊分類空間Mfe中優選一個最好的模糊分類。
[0059]1.3模糊分類的聚類準則與聚類判據
[0060]在模糊分類的情況下，為了得到最優的分類，把聚類判據作如下推廣。即使目標函數
[0061]
【權利要求】
1.基於手機平臺的開放式食品安全檢測系統，其特徵在於:系統的組成包括待檢測食品O，食品安全檢測信息採集裝置1、藍牙通信(或USB接口)2、手機3、GPRS通信4、Internet5、食品安全檢測資料庫6與圖像雲計算方法7等。
2.根據權利要求1，其特徵在於:所述的系統是開放式的，隨著生物圖像傳感器技術的不斷進步及雲計算性能的逐步強大，食品安全檢測的參數越來越多，準確度越來越高，同時制定本發明的相應標準，使其資源的可重複利用率提高、功能易於擴展。
3.根據權利要求1，其特徵在於:所述食品安全檢測信息採集裝置I組成包括:組合式傳感器8 (含電阻率傳感器、超聲波傳感器、近紅外光傳感器、微螢光傳感器)、信號調理電路9、A/D轉換電路10、藍牙通信模塊(或USB接口)11等。
4.根據權利要求1，其特徵在於:所述食品安全檢測裝置完成食品信息檢查裝置採集的一維信息即:超聲波傳感器和電導率傳感器採集的信息，由手機中安裝的模糊通過模糊迭代自組織數據分析程序進行實時處理。
5.根據權利要求1，其特徵在於:所述的食品安全信息採集裝置採集的圖像信息，由手機發送至食品安全檢測中心資料庫網站，並由手機遠程操作檢測中心資料庫計算機，進行檢測結果分析。
6.根據權利要求3，其特徵在於:在食品安全檢測裝置中信號調理電路9與A/D轉換電路10都是應用FPGA，用Verilog語言編程實現，且一維和圖像兩種信號分開進行處理，但可以在一塊FPGA中完成。
7.根據權利要求3，其特徵在於:在食品安全檢測裝置中安置藍牙通信模塊(USB接口)與手機實現短距離的無線通信，USB接口作為備用。
8.根據權利要求4，其特徵在於:應用模糊通過模糊迭代自組織數據分析的算法，處理手機接收的一維檢測信號，並對食品安全的品質進行實時評判。
9.根據權利要求5，其特徵在於:將雲計算用於食品安全檢測中的圖像檢索，藉助手機對該計算機進行操作，就像置身於該計算機前一樣，且司以很快得出檢測結果。同時實現食品安全檢測海量信息的存儲、管理與計算。
【文檔編號】G01N27/02GK103808764SQ201210439294
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月7日 優先權日:2012年11月7日
【發明者】吳明贊, 曹傑, 梁勇 申請人:南京理工大學